下套管作业是钻井工程中的重要环节,然而常规下套管作业存在易引起粘卡事故以及需要利用其它工具建立泥浆循环的局限性,国内外的石油工程研究人员相继开发出不同型式的下套管连续循环系统。本文对当前国内外四种不同结构形式的下套管连续循环系统的结构、工作原理、技术特点以及应用情况进行了较为详细的论述,并结合国情对其适用性和优缺点进行了对比分析。本项目的研究工作根据油田的下套管设备现状,和油田生产对套管作业的技术要求,针对现有下套管连续循环系统的优缺点,以不带顶驱的ZJ30钻机,直径Φ139.7mmm的套管,泥浆压力为17.5MPa为条件,设计了一套全新的下套管连续循环系统。其结构包括悬挂与固定机构,次抓卡机构和灌注与循环系统。本文对其中液压缸的参数、主要受力部件和弹簧等进行了设计和核算,其中重点对次抓卡机构进行了有限元分析。由于次抓卡机构在系统工作中是主要受力部件,其结构形式的不同影响其稳定性和强度,本文采用有限元法,利用MATLAB、ANSYS、ADAMS软件,从其中的横向液压缸的倾斜度人手,通过安装空间和强度等限制条件对其进行有限元分析,最终得出符合条件的结构形式,实现对次抓卡机构的优化设计。最后根据理论计算的结果生产样机进行试验,根据试验过程出现的问题对机构进行相应的改进。该设备技术的特点是可以在下套管的同时灌注循环钻井液使得下套管作业变得更为顺畅,大大减少钻井综合成本。